家具设计与制造教学课件PPT工件在夹具中的夹紧

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1、夹具设计与制造夹具设计与制造第一章第一章 机床夹具概论机床夹具概论第二章第二章 工件在夹具中的定位工件在夹具中的定位第三章第三章 工件在夹具中的夹紧工件在夹具中的夹紧第四章第四章 典型机床夹具设计典型机床夹具设计第五章第五章 专用机床夹具设计方法专用机床夹具设计方法第六章第六章 现代机床夹具的发展现代机床夹具的发展第三章第三章 工件在夹具中的夹紧工件在夹具中的夹紧3.1 3.1 夹紧装置的组成及基本要求夹紧装置的组成及基本要求3.2 3.2 夹紧力的确定夹紧力的确定3.3 3.3 典型夹紧机构典型夹紧机构工件的夹紧及其装置工件的夹紧及其装置 在机械制造过程中，工件的定位和夹紧是两个密在机械制造

2、过程中，工件的定位和夹紧是两个密切相关的安装过程。工件定位后，就必须采用一定的切相关的安装过程。工件定位后，就必须采用一定的机构将工件压紧夹牢，以便保证工件在切削过程中不机构将工件压紧夹牢，以便保证工件在切削过程中不会因受切削力、重力、惯性力或离心力等外力作用而会因受切削力、重力、惯性力或离心力等外力作用而破坏原定位置。从而保证工件的加工精度和安全生产。破坏原定位置。从而保证工件的加工精度和安全生产。这种压紧夹牢工件的机构称为夹紧装置。这种压紧夹牢工件的机构称为夹紧装置。工件在夹具中的夹紧工件在夹具中的夹紧工件在夹具中的夹紧工件在夹具中的夹紧3.1 3.1 夹紧装置的组成及基本要求夹紧装置的组

3、成及基本要求. .夹紧装置的组成夹紧装置的组成 夹紧装置的结构形式是多种多样的。但根据夹紧装置的结构形式是多种多样的。但根据力源的不同可分为手动和机动夹紧装置。夹紧力源的不同可分为手动和机动夹紧装置。夹紧装置一般由动力源装置、中间递力机构和夹紧装置一般由动力源装置、中间递力机构和夹紧元件三部分组成。元件三部分组成。 工件在夹具中的夹紧工件在夹具中的夹紧（）力源装置（）力源装置力源装置是产生夹紧作用力的装置。通力源装置是产生夹紧作用力的装置。通常是指机动夹紧时所用的气动、液压、电动常是指机动夹紧时所用的气动、液压、电动等装置。其目的是减少辅助时间，减轻工人等装置。其目的是减少辅助时间，减轻工人劳

4、动强度，提高劳动生产率。手动夹紧没有劳动强度，提高劳动生产率。手动夹紧没有这种装置。这种装置。 工件在夹具中的夹紧工件在夹具中的夹紧（）中间递力机构（）中间递力机构中间递力机构是将力源装置产生的夹紧作用力中间递力机构是将力源装置产生的夹紧作用力传递给夹紧元件的机构。中间递力机构一般可以在传递给夹紧元件的机构。中间递力机构一般可以在传递夹紧作用力的过程中，改变夹紧力的大小、方传递夹紧作用力的过程中，改变夹紧力的大小、方向并具有一定的自锁性能。如螺旋机构、斜楔机构、向并具有一定的自锁性能。如螺旋机构、斜楔机构、铰链机构、偏心机构等。铰链机构、偏心机构等。（）夹紧元件（）夹紧元件夹紧元件是夹紧装置的

5、最终执行元件。通过夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件。通过它与工件被夹表面的直接接触来完成夹紧动作。它与工件被夹表面的直接接触来完成夹紧动作。如压板、压头等。在一些简单的手动夹紧装置中，如压板、压头等。在一些简单的手动夹紧装置中，夹紧元件与中间递力机构组合在一起称为夹紧机夹紧元件与中间递力机构组合在一起称为夹紧机构。构。 . .夹紧装置的基本要求夹紧装置的基本要求 夹紧装置夹紧装置的设计是否正确，对保证工件的加的设计是否正确，对保证工件的加工精度、提高劳动生产率和减轻工人劳动强度等工精度、提高劳动生产率和减轻工人劳动强度等都有直接影响。要想保证上述条件正确地设计夹都有直接影响。要想保证上述条件正

6、确地设计夹紧装置，则必须满足几点基本要求。紧装置，则必须满足几点基本要求。. .夹紧装置的基本要求夹紧装置的基本要求 （）确保工件既定位置不变（）确保工件既定位置不变 在夹紧过程中，工件受到夹紧力作用时不得破在夹紧过程中，工件受到夹紧力作用时不得破坏既定位置。坏既定位置。（）夹紧力的大小要适当（）夹紧力的大小要适当 对工件所施加的夹紧力的大小，既要保证工件对工件所施加的夹紧力的大小，既要保证工件在加工过程中不会因受到外力的作用而产生移动或在加工过程中不会因受到外力的作用而产生移动或振动，又不得使工件产生不允许的变形或损伤。振动，又不得使工件产生不允许的变形或损伤。 在保证生产率和加工精度的前提

7、下，应使其结在保证生产率和加工精度的前提下，应使其结构的复杂程度与工件的生产节拍相适应。做到夹紧构的复杂程度与工件的生产节拍相适应。做到夹紧动作迅速，操作方便，安全省力，经济性好，成本动作迅速，操作方便，安全省力，经济性好，成本低，便于制造和维修。低，便于制造和维修。 手动夹紧机构要有可靠的自锁性。机动夹紧装手动夹紧机构要有可靠的自锁性。机动夹紧装置则要统筹考虑其自锁性和稳定的夹紧力。置则要统筹考虑其自锁性和稳定的夹紧力。（）可靠的自锁性能（）可靠的自锁性能（）工艺性好和操作方便、安全、省力（）工艺性好和操作方便、安全、省力3.2 3.2 夹紧力的确定夹紧力的确定确定夹紧力包括正确地选择夹紧力

8、的大小、方确定夹紧力包括正确地选择夹紧力的大小、方向和作用点。必须根据工件的形状、尺寸、重量和向和作用点。必须根据工件的形状、尺寸、重量和加工要求，定位元件的结构及其分布形式，加工过加工要求，定位元件的结构及其分布形式，加工过程中工件所到的外力（切削力、重力、惯性力和离程中工件所到的外力（切削力、重力、惯性力和离心力）大小等因素进行综合分析。心力）大小等因素进行综合分析。1. 1. 夹紧力作用方向的确定夹紧力作用方向的确定夹紧力的作用方向不仅影响工件的加工精度，夹紧力的作用方向不仅影响工件的加工精度，而且还影响工件夹紧的实际效果。夹紧力的作用方而且还影响工件夹紧的实际效果。夹紧力的作用方向主要

9、与工件的结构形状、定位元件的结构形状和向主要与工件的结构形状、定位元件的结构形状和配置形式，工件加工时所受到的全部外力产生的变配置形式，工件加工时所受到的全部外力产生的变形方向和大小等因素有关。具体应考虑几点原则。形方向和大小等因素有关。具体应考虑几点原则。1. 1. 夹紧力作用方向的确定夹紧力作用方向的确定）夹紧力作用方向不应破坏工件的既定位置；）夹紧力作用方向不应破坏工件的既定位置；）夹紧力作用方向应使工件所需夹紧力尽可能最小；）夹紧力作用方向应使工件所需夹紧力尽可能最小；）夹紧力作用方向应使工件的夹紧变形尽可能最小。）夹紧力作用方向应使工件的夹紧变形尽可能最小。2. 2. 夹紧力作用点的

10、确定夹紧力作用点的确定 夹紧力作用点的确定原则应在夹紧力作用方向的夹紧力作用点的确定原则应在夹紧力作用方向的确定原则基础上，具体考虑以下几点原则：确定原则基础上，具体考虑以下几点原则：）夹紧力的作用点应作用在夹具定位元件支承表面）夹紧力的作用点应作用在夹具定位元件支承表面所形成的稳定受力区域内所形成的稳定受力区域内）夹紧力的作用点应作用在工件刚性较好的部位上）夹紧力的作用点应作用在工件刚性较好的部位上）夹紧力的作用点应尽量靠近工件的加工表面）夹紧力的作用点应尽量靠近工件的加工表面 3. 3. 夹紧力大小的确定夹紧力大小的确定 夹紧力的大小直接影响夹具使用的可靠性和安全夹紧力的大小直接影响夹具使

11、用的可靠性和安全性及工件的变形量的大小。因此，既要足够的夹紧力，性及工件的变形量的大小。因此，既要足够的夹紧力，但又不得过大。夹紧力大小的计算可根据具体情况用但又不得过大。夹紧力大小的计算可根据具体情况用类比法进行估算或用分析计算进行估算。类比法进行估算或用分析计算进行估算。分析计算法是将夹具和工件看成是一个刚性系统，分析计算法是将夹具和工件看成是一个刚性系统，根据工件在加工过程中受切削力、离心力、惯性力以根据工件在加工过程中受切削力、离心力、惯性力以及工件的重力的作用情况，找出在加工过程中对工件及工件的重力的作用情况，找出在加工过程中对工件最不利的瞬间状态，然后按静力平衡原理计算出理论最不利

12、的瞬间状态，然后按静力平衡原理计算出理论夹紧力，再乘上安全系数即可得到实际夹紧力的数值。夹紧力，再乘上安全系数即可得到实际夹紧力的数值。 即即 ：k 式中式中 ： K K013.3 3.3 典型夹紧机构典型夹紧机构1. 1. 斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构 斜楔夹紧是利用其斜面移动所产生的压力来夹斜楔夹紧是利用其斜面移动所产生的压力来夹紧工件。在实际应用时，直接用楔块楔紧工件的情紧工件。在实际应用时，直接用楔块楔紧工件的情况很少。多数是楔块与其它机构联合使用。广泛用况很少。多数是楔块与其它机构联合使用。广泛用于气动或液压夹紧装置中。于气动或液压夹紧装置中。1 1）斜楔夹紧机构的夹紧力计算）斜楔夹紧机

13、构的夹紧力计算 12tantanQW斜楔夹紧时产生的夹紧力（斜楔夹紧时产生的夹紧力（N N）；）；原始作用力（原始作用力（N N）；）；斜楔升角（斜楔升角（0 0）；）；1 1平面摩擦时作用在斜楔面上的摩擦角（平面摩擦时作用在斜楔面上的摩擦角（0 0）；）；平面摩擦时作用在斜楔基面上的摩擦角（平面摩擦时作用在斜楔基面上的摩擦角（0 0）。）。3) 3) 斜楔夹紧机构的自锁条件斜楔夹紧机构的自锁条件 2) 2) 斜楔夹紧机构的增力比斜楔夹紧机构的增力比 12tantan1QWip214 4）斜楔夹紧机构的行程比）斜楔夹紧机构的行程比Shtan2. 2. 螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构指采用单个螺旋直接

14、夹紧或与其它元件组合实现指采用单个螺旋直接夹紧或与其它元件组合实现夹紧工件的机构。这类夹紧机构由于其机构简单，夹夹紧工件的机构。这类夹紧机构由于其机构简单，夹紧可靠，通用性高等优点，故在机床夹具中得到广泛紧可靠，通用性高等优点，故在机床夹具中得到广泛应用。它的缺点是夹紧和松开工件时比较费工费时。应用。它的缺点是夹紧和松开工件时比较费工费时。螺旋夹紧机构是斜楔夹紧机构的变形，但其增力螺旋夹紧机构是斜楔夹紧机构的变形，但其增力比和自锁性能都优于斜楔夹紧机构。夹紧行程不受限比和自锁性能都优于斜楔夹紧机构。夹紧行程不受限制。螺旋夹紧机构包括单个螺旋夹紧机构、螺旋压板制。螺旋夹紧机构包括单个螺旋夹紧机构

15、、螺旋压板夹紧机构和钩形压板夹紧机构。夹紧机构和钩形压板夹紧机构。螺旋夹紧机构螺旋夹紧机构1 1）螺旋夹紧力的计算）螺旋夹紧力的计算210tantan2rdQLW螺旋夹紧时产生的夹紧力（螺旋夹紧时产生的夹紧力（N）；）；原始作用力（原始作用力（N）；）； L作用力臂的长度（作用力臂的长度（mm）；）；螺纹升角（螺纹升角（0）；）； d0螺纹中径（螺纹中径（mm）；）；1螺纹处的摩擦角（螺纹处的摩擦角（0）；）；2螺杆端部与工件间的摩擦角（螺杆端部与工件间的摩擦角（0）；）； r螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm）。）。2 2）螺旋压板夹紧机构）螺旋压板夹紧机构

16、2 2）螺旋压板机构）螺旋压板机构3 3）钩形压板机构）钩形压板机构3 3）钩形压板机构）钩形压板机构4 4）快速螺旋夹紧机构）快速螺旋夹紧机构4 4）快速螺旋夹紧机构）快速螺旋夹紧机构3. 3. 偏心夹紧机构偏心夹紧机构偏心夹紧机构是指由偏心件直接夹紧工件或和其偏心夹紧机构是指由偏心件直接夹紧工件或和其他元件组合而实现夹紧工件的机构。偏心夹紧机构是他元件组合而实现夹紧工件的机构。偏心夹紧机构是靠偏心轮回转时其半径逐渐增大而产生夹紧力来夹紧靠偏心轮回转时其半径逐渐增大而产生夹紧力来夹紧工件。偏心夹紧机构的工作原理与斜楔夹紧机构相似，工件。偏心夹紧机构的工作原理与斜楔夹紧机构相似，只是以圆弧楔代

17、替平面楔。但是斜楔夹紧的楔角不变，只是以圆弧楔代替平面楔。但是斜楔夹紧的楔角不变，而偏心夹紧的楔角是变化的。偏心夹紧机构有圆偏心而偏心夹紧的楔角是变化的。偏心夹紧机构有圆偏心和曲线偏心两种类型，常用的是圆偏心件和曲线偏心两种类型，常用的是圆偏心件( (偏心轮或偏心轮或偏心轴偏心轴) )，曲线偏心有阿基米德螺线偏心和对数螺线，曲线偏心有阿基米德螺线偏心和对数螺线偏心，因制造较困难故很少使用。偏心，因制造较困难故很少使用。1 1）圆偏心的楔角）圆偏心的楔角cossinarctaneRexRearctanmax 当圆心角（回转角）等于当圆心角（回转角）等于90900 0时，楔角接近最大值：时，楔角接

18、近最大值：2 2）圆偏心夹紧力的计算）圆偏心夹紧力的计算12tantanpQLW圆偏心夹紧时产生的夹紧力（圆偏心夹紧时产生的夹紧力（N N）；）；原始作用力（原始作用力（N N）；）；p圆偏心工作点圆偏心工作点P P的楔角（的楔角（0 0）；）；1 1偏心轮与工件间作用点的摩擦角（偏心轮与工件间作用点的摩擦角（0 0）；）；偏心轮回转孔与转轴间的摩擦角（偏心轮回转孔与转轴间的摩擦角（0 0）。）。3) 3) 圆偏心夹紧机构的自锁条件圆偏心夹紧机构的自锁条件21max212arctanDe1tan2arctantanDefDe2当当f f1 1=0.1=0.1时：时：当当f f1 1=0.15=

19、0.15时：时：20eD14eD 偏心夹紧的偏心轮已标准化，其夹紧行程和夹偏心夹紧的偏心轮已标准化，其夹紧行程和夹紧力在夹具设计手册上也给出了，可以选用。偏心紧力在夹具设计手册上也给出了，可以选用。偏心夹紧机构的优点是结构简单，操作方便，动作迅速。夹紧机构的优点是结构简单，操作方便，动作迅速。缺点是由于其夹紧点处的楔角（升角）是一个变值，缺点是由于其夹紧点处的楔角（升角）是一个变值，夹紧力的大小将随之变化，夹紧行程和增力比小，夹紧力的大小将随之变化，夹紧行程和增力比小，自锁性能受到偏心轮几何参数的限制。因此一般用自锁性能受到偏心轮几何参数的限制。因此一般用于工件被夹表面尺寸变化不大，切削力小且

20、平稳的于工件被夹表面尺寸变化不大，切削力小且平稳的场合，不适合在粗加工中应用。场合，不适合在粗加工中应用。4.4.铰链夹紧机构铰链夹紧机构 铰链夹紧铰链夹紧机构的特点是动作迅速，增力比大，机构的特点是动作迅速，增力比大，易于改变力的作用方向。缺点是自锁性能差，一般易于改变力的作用方向。缺点是自锁性能差，一般常用于气动和液动夹紧。铰链夹紧机构的设计要仔常用于气动和液动夹紧。铰链夹紧机构的设计要仔细进行铰链、杠杆的受力分析、运动分析和主要参细进行铰链、杠杆的受力分析、运动分析和主要参数的分析计算。在设计中应考虑设置必要的浮动，数的分析计算。在设计中应考虑设置必要的浮动，调整环节，以保证铰链夹紧机构

21、的正常工作。调整环节，以保证铰链夹紧机构的正常工作。铰链夹紧机构铰链夹紧机构 铰链夹紧机构铰链夹紧机构 铰链夹紧机构铰链夹紧机构 铰铰 链链 夹夹 紧紧 机机 构构铰链夹紧机构铰链夹紧机构 5.5.定心夹紧机构定心夹紧机构 定心夹紧机构的设计可按以下两种原理来进行：定心夹紧机构的设计可按以下两种原理来进行：1)1)定位一夹紧元件按等速位移原理来均分工件定定位一夹紧元件按等速位移原理来均分工件定位面的尺寸误差，实现定心或对中。位面的尺寸误差，实现定心或对中。2)2)定位一夹紧元件的均匀弹性变形原理来实现定定位一夹紧元件的均匀弹性变形原理来实现定心夹紧。如各种弹性心轴，弹性筒夹，液性塑料夹心夹紧。

22、如各种弹性心轴，弹性筒夹，液性塑料夹头等。头等。 等速位移等速位移定心夹紧机构定心夹紧机构 均匀弹性变形均匀弹性变形定心夹紧机构定心夹紧机构均匀弹性变形均匀弹性变形定心夹紧机构定心夹紧机构均匀弹性变形均匀弹性变形定心夹紧机构定心夹紧机构均匀弹性变形均匀弹性变形定心夹紧机构定心夹紧机构6.6.联动夹紧机构联动夹紧机构在在机械加工中，往往要根据工件的结构特点或生机械加工中，往往要根据工件的结构特点或生产率的需要，对一个工件同时施加几个夹紧力或在产率的需要，对一个工件同时施加几个夹紧力或在一套夹具上对多个工件同时进行夹紧。因此在设计一套夹具上对多个工件同时进行夹紧。因此在设计机床夹具时常用联动夹紧机

23、构来解决上述问题。机床夹具时常用联动夹紧机构来解决上述问题。机床机床夹具的联动夹紧机构是指只需操作某一个手夹具的联动夹紧机构是指只需操作某一个手柄就能同时从各个方向上均匀地夹紧一个工件，或柄就能同时从各个方向上均匀地夹紧一个工件，或同时夹紧若干个工件。前者称为单件联动夹紧机构，同时夹紧若干个工件。前者称为单件联动夹紧机构，后者称为多件联动夹紧机构。后者称为多件联动夹紧机构。1.1.单件多点联动夹紧机构单件多点联动夹紧机构2.2.多件联动夹紧机构多件联动夹紧机构1) 1) 平行式多件联动夹紧机构平行式多件联动夹紧机构1) 1) 平行式多件联动夹紧机构平行式多件联动夹紧机构2) 2) 连续式多件联

24、动夹紧机构连续式多件联动夹紧机构3) 3) 对向式多件联动夹紧机构对向式多件联动夹紧机构4 4）复合式多件联动夹紧机构）复合式多件联动夹紧机构设计联动夹紧机构时应注意如下几点设计联动夹紧机构时应注意如下几点：1)1)由于联动机构动作和受力情况比较复杂，由于联动机构动作和受力情况比较复杂，应仔细进行运动分析和受力分析，以确保设计意应仔细进行运动分析和受力分析，以确保设计意图能够实现。图能够实现。2)2)在联动机构中要充分注意在哪些地方设置在联动机构中要充分注意在哪些地方设置浮动环节如铰链、球面垫等，要注意浮动的方向浮动环节如铰链、球面垫等，要注意浮动的方向和浮动大小，要注意设置必要的调整环节，保证和浮动大小，要注意设置必要的调整环节，保证各夹紧均衡，运动不发生干涉。各夹紧均衡，运动不发生干涉。设计联动夹紧机构时应注意如下几点设计联动夹紧机构时应注意如下几点：3)3)各压板都能很好地松夹，以便装卸工件。各压板都能很好地松夹，以便装卸工件。4)4)要注意整个机构和传动受力环节的强度和要注意整个机构和传动受力环节的强度和刚度。刚度。5)5)联动机构不要设计得太复杂，注意提高可联动机构不要设计得太复杂，注意提高可靠性、降低制造成本。靠性、降低制造成本。